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Quanto è grande una cellula?

Rappresentazione di una cellula eucariote.

Gli organismi che abitano la Terra possono essere raggruppati in differenti categorie attraverso diversi metodi. Uno di questi metodi consiste nel dividere gli esseri viventi in base al numero di cellule che li compongono.

Secondo questa divisione, quindi, possiamo distinguere organismi unicellulari (formati da una singola cellula) e organismi pluricellulari (formati da più cellule) come noi esseri umani.

Un corpo umano è formato da circa 1014 (centomila miliardi) di cellule divise in più di 200 tipi differenti. A questi miliardi di cellule (di cui 100 miliardi di soli neuroni nel cervello) vanno aggiunti altrettanti batteri che vivono in simbiosi nel nostro intestino.

Le nostre cellule definiscono chi siamo in quanto sono le unità fondamentali del nostro corpo, le strutture più piccole a poter essere considerate viventi.

Ma quanto piccole sono effettivamente le cellule?

Molto… molto piccole. Ma andiamo con ordine.

Prima di tutto definiamo il livello di grandezza in cui ci muoviamo quando parliamo di cellule.

Se la nostra altezza è definita in metri (m), la distanza tra due città in chilometri (km), le dimensioni delle cellule sono definite in micrometri (μm).

Un micrometro corrisponde ad un milionesimo di metro, ovvero un millesimo di millimetro (che a sua volta è un millesimo di metro). Il rapporto tra micrometri e millimetri è quindi uguale a quello tra millimetri e metri.

Io sono alto circa un metro e ottanta, ovvero 1800 millimetri o un milione e ottocentomila micrometri. Le cellule che formano il mio (e il vostro) corpo, invece, hanno dimensioni che variano da poco meno di 10 micrometri ad oltre 100 micrometri (un decimo di millimetro).

Questo significa che se la cellula più grande del nostro corpo avesse le dimensioni di una moneta da un euro, una persona media dovrebbe essere alta qualcosa come 260 metri.

Ma quali sono le cellule più grandi del nostro corpo? E quelle più piccole?

Le cellule più grandi del corpo umano sono gli ovuli femminili. Con un diametro che si aggira tra i 120 ed i 150 micrometri (0.12-0.15 millimetri) meritano ampiamente il titolo di giganti del corpo umano. Le cellule uovo umane sono abbastanza grandi da essere visibili ad occhio nudo.

Ovulo e spermatozoo. La cellula più grande e una delle cellule più piccole del corpo umano.

Tra le cellule più grandi del corpo troviamo anche le fibre muscolari le quali, in realtà, sono formate da più cellule fuse tra loro in strutture polinucleate (con molti nuclei cellulari) chiamate sincizi.

Se l’ovulo è la cellula più grande lo spermatozoo cade nel gruppo delle cellule più piccole (approfondirò questa disparità tra maschio e femmina in un post futuro) con un diametro di circa 5-6 micrometri. Ciononostante il flagello dello spermatozoo (la coda per intenderci) arriva fino a 50 micrometri di lunghezza.

Tra le dimensioni dello spermatozoo e dell’ovulo c’è quindi una differenza di circa 30 volte!

Sempre all’interno della categoria delle cellule più piccole del corpo troviamo inoltre i globuli rossi del sangue che, con la loro caratteristica forma discoidale biconcava (dovuta all’assenza di un nucleo cellulare), hanno diametri inferiori ai 10 micrometri o, ancora, i neuroni dello strato granulare del cervelletto le cui dimensioni si aggirano intorno ai 4.5 micrometri.

Eritrociti o globuli rossi con la caratteristica forma discoidale biconcava.

Abbiamo quindi definito i due estremi, le cellule più grandi e le cellule più piccole del nostro corpo.

Ma qual è la cellula più grande del mondo?

Vista la non tanto recente estinzione dei dinosauri si può dire che la cellula più grande attualmente esistente sul nostro pianeta sia l’uovo di struzzo con i suoi 15 centimetri di lunghezza medi.

Ma, come spesso accade nella Scienza, questa affermazione rimane ancora oggi dibattuta.

Esistono infatti cellule che, pur non avendo lo stesso volume o lo stesso peso, possono raggiungere lunghezze che superano di gran lunga i 15 cm dell’uovo di struzzo.

Senza andare troppo lontano, alcuni neuroni del corpo umano hanno prolungamenti lunghi più di un metro e collegano il sistema nervoso centrale alla punta dei nostri piedi.

Quindi provate ad immaginare (e fate le dovute proporzioni) i prolungamenti dei neuroni analoghi in animali come giraffe, balenottere azzurre o calamari giganti…

Un’alga molto particolare, però, sembra poter battere tutti gli organismi sopracitati contendendo le prime posizioni nella speciale classifica delle cellule giganti.

Si tratta della Caulerpa, un genere di alga verde che può raggiungere i 3 metri di lunghezza con più di 200 fronde distribuite lungo tutto il corpo.

Alga del genere Caulerpa. Pur sembrando una pianta con foglie si tratta in realtà di una singola cellula priva di sistema vascolare

La particolarità che rende unica la Caulerpa è il numero di cellule che la compongono: UNO.

I tre metri di Caulerpa, infatti, sono formati da un’unica grande cellula con numerosi nuclei. Questo rende la Caulerpa una delle cellule più grandi e, sicuramente, l’organismo unicellulare più grande al mondo.

Concludo consigliandovi un pagina interattiva dove potrete visualizzare le dimensioni di una cellula rispetto ad altri oggetti come un chicco di caffè o un atomo di carbonio. Realizzata dal Genetic Science Learning Centre dell’Università dell Utah è consultabile liberamente QUI.

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Fecondazione in vitro con tre genitori: basi teoriche e dibattito etico.

Inserito il
Fecondazione in vitro con tre genitori: basi teoriche e dibattito etico.

Il governo inglese ha espresso recentemente la volontà di procedere con la regolamentazione della “fecondazione in vitro con tre genitori”. Questo nome è estremamente sensazionalistico ed ha anche un che di inquietante. Un termine più adeguato sarebbe “transfer mitocondriale” ma immagino che non avrebbe lo stesso impatto sull’opinione pubblica e di sicuro venderebbe di meno.

In ogni modo, se i membri del parlamento britannico dovessero approvare il regolamento, l’Inghilterra diverrebbe il primo Paese al Mondo a legalizzare e promuovere questa tecnica prima della fine del 2014.

Ma in cosa consiste questo trattamento? E a cosa serve?

Per capire a fondo la natura di questa terapia dobbiamo prima fare un rapido ripasso di biologia cellulare.

Gli animali (noi compresi), le piante, i funghi e numerosi microrganismi sono composti da cellule eucariote (ovvero il loro DNA è racchiuso in un nucleo centrale). Ogni cellula è delimitata una membrana che racchiude gli organelli, strutture molecolari che svolgono determinati compiti indispensabili alla vita della cellula stessa.

Tra questi organelli troviamo i mitocondri.

Rappresentazione in sezione di una cellula eucariote con alcuni dei suoi organelli principali. in viola si vede il nucelo centrale che ospita il DNA, mentre i mitocondri sono rappresentati in marrone chiaro

I mitocondri svolgono il ruolo principale di “centrali energetiche” della cellula fornendole il carburante necessario al funzionamento di tutti i suoi apparati. La particolarità di questi organelli risiede nel fatto che essi derivano da batteri ancestrali che entrarono in simbiosi con le cellule eucariotiche più o meno un miliardo e mezzo di anni fa.

La Teoria endosimbiontica dell’origine dei mitocondri

Le cellule accolsero i batteri all’interno della propria membrana dando loro protezione in cambio di energia (già, nella realtà i simbionti, pur essendo affascinanti, non corrispondono esattamente all’immagine del buon vecchio Venom… e forse è meglio così ).

Venom, il simbionte alieno nemico di Spiderman

Derivando da antichi batteri, quindi, i mitocondri sono organelli dotati di un proprio DNA e si riproducono da soli per scissione binaria, proprio come i batteri da cui discendono.

Il DNA dei mitocondri va considerato a tutti gli effetti parte del genoma di ciascuno di noi anche se forma solo lo 0.2% del DNA totale di una cellula umana. Questa piccola porzione di DNA contiene solo 37 geni che sono veramente pochissimi se paragonati ai circa 23.000 geni presenti nel nucleo della cellula ospite.

Questi 37 geni, però, sono fondamentali per la salute dei mitocondri e se i mitocondri si ammalano anche la cellula ospite ne può risentire.

Le malattie mitocondriali, infatti, sono patologie legate ad alterazioni dei mitocondri che si riflettono prima sulle cellule ospiti e poi su tutto l’organismo. Disordini mitocondriali sono stati correlati a malattie metaboliche, cardiovascolari, al diabete, al morbo di Parkinson, alla sordità e persino all’obesità.

E sono proprio queste malattie ad essere l’oggetto degli studi pionieristici sul transfer mitocondriale (o fecondazione in vitro con tre genitori) sviluppati da un team di ricercatori dell’Università di Newcastle.

Le malattie dei mitocondri sono patologie genetiche ereditarie che colpiscono un bambino ogni 6.500 nati, il che le rende più comuni del cancro infantile e, fino ad oggi, nessuna cura efficace è mai stata sviluppata.

Le malattie dei mitocondri, tra l’altro, vengono trasmesse solo per via materna poiché lo spermatozoo, nell’atto di fecondazione, trasmette solamente il proprio DNA e tutte le strutture cellulari sono a carico dell’ovulo ricevente. Per questa ragione i mitocondri del padre vanno perduti mentre quelli della madre vengono trasmessi e solo una figlia femmina sarà in grado di trasmetterli ulteriormente alle generazioni successive. (a voler essere pignoli, quindi, ciascuno di noi non è l’esatta unione di due metà ma è per lo 0.2% più simile a sua madre che a suo padre).

Rappresentazione della fecondazione di una cellula. Il DNA nucleare deriva da entrambi i genitori mentre il DNA mitocondriale deriva solo dalla madre.

Una madre con una mutazione a livello del DNA mitocondriale trasmetterà la malattia a tutti i suoi figli. Per interrompere la trasmissione ereditaria i ricercatori di Newcastle hanno sviluppato una tecnica che prevede l’utilizzo di un ovulo proveniente da una madre donatrice (il famoso terzo genitore).

In pratica il nucleo dell’ovulo fecondato (che contiene il 99.8% del DNA dell’embrione) viene trasferito dall’ovulo della madre (con i mitocondri malati) all’ovulo non fecondato del donatore (con i mitocondri sani) a cui è stato precedentemente rimosso il nucleo (il procedimento può essere fatto prima o dopo la fecondazione da parte dello spermatozoo).

Per queste ragioni il bambino nato da una simile fecondazione avrà il 99.8% di DNA dei due genitori naturali più uno 0.2% di DNA da un “terzo genitore”, ovvero la donna donatrice che fornisce i mitocondri sani, che lo renderà sano e privo di qualsiasi patologia mitocondriale.

Schematizzazione della tecnica tratta dal sito del Guardian. In alto il procedimento fatto post-fecondazione, in basso il procedimento fatto pre-fecondazione

L’avvento di una tecnica simile, però, solleva numerosi interrogativi di tipo etico.

Coloro che maggiormente condannano questo metodo sostengono, ad esempio, che un’eventuale diffusione segnerebbe il primo passo verso l’eugenetica. L’affermazione è forte ma non del tutto scorretta in quanto la fecondazione in vitro con tre genitori va effettivamente a toccare, se pur in minima parte (come abbiamo visto), il patrimonio genetico dell’embrione.  Questa è la principale ragione che ha impedito fino ad oggi la legalizzazione della procedura anche se il DNA mitocondriale non contribuisce a determinare chi siamo (aspetto fisico, personalità…).

D’altro canto chi difende la tecnica sostiene che debellare le patologie mitocondriali è di fondamentale importanza per il benessere della razza umana. Sarah Norcross del Progress Educational Trust, che sostiene la scelta del governo inglese di promuovere la terapia, ha dichiarato che:

“sarebbe non etico non offrire questo trattamento se sicuro ed efficace nella prevenzione della nascita di bambini con malattie gravi”

Probabilmente non esiste una presa di posizione che non comporti delle scelte rischiose o comunque condivisibili al 100% ma, limitandosi all’aspetto tecnico e andando aldilà dei titoli sensazionalistici, non va dimenticato che parlare di “tre genitori” può non essere del tutto inesatto ma sicuramente è una forzatura che tende ad esagerare la realtà dei fatti. Il DNA mitocondriale, che abbiamo visto essere indispensabile, rimane pur sempre una parte minuscola (e comunque distaccata) dell’intero patrimonio genetico che determina la natura di un individuo.

[qui il LINK all’articolo pubblicato in merito sul The Guardian da cui ho tratto lo schema della tecnica]

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